太阳能一体化板的研发及力学保温性能研究

【摘要】： 随着石油、煤炭等传统能源的日渐紧张,几乎取之不尽用之不竭的太阳能的开发利用逐渐被提上日程。太阳能发电等工程的规模逐渐扩大,并且开发了一系列的光伏产品。众多建筑的表面一般情况下光照充足,可以为太阳能发电提供场所,这样就可以大大降低建筑本身的能耗。但传统的光伏产品不容易在建筑中安装,况且零散的太阳能电池板会影响建筑本身的美观,有时还会留下一定的安全隐患。所以业主们对太阳能产品在建筑上的应用态度较为消极。 针对上述情况,本课题将调查现在关于光伏产业的相关政策、光伏一体化板的发展现状和太阳能电池板的工作原理。对四种可能的一体化形式做了可行性的分析论证。将光伏板与夹芯板结合在一起,研究开发一种新型的太阳能一体化板。因为在本课题的一体化板中的电池板需要满足一定的温度需求,所以本课题中考虑晶体硅电池温度与转化效率的关系,在一体化板中设置通风道,使得电池板的温度不会过高,并将采用现有的热学理论对一体化板进行了热学分析设计,将得到合适的通风槽的高度和宽度。对于一体化板力学性能的研究本课题中将参照荷载规范和幕墙规范等对光伏板进行设计,对一体化板中的电池板并做力学的等效模型等效分析。最后使用有限元软件ABAQUS分别进行了热学和力学性能的有限元分析,分析中将模拟聚氨酯、岩棉以及聚苯乙烯泡沫等三种芯材和多种尺寸的模型,并对模型做了比较和相应的优化。使得把光伏板成为一个结构构件,并能满足承载力的要求,同时本文中还将进一步研究一体化板的强度相对与普通夹芯板的强度提高值,即钢化玻璃板对夹芯板的强化效果并给出相应的评价指标。除此之外,本文中还研究了一体化板的隔热保温性能,并与没有玻璃板的普通夹芯板的隔热性能进行比较。鉴于条件有限,不能对一体化板进行具体的试验,但希望本文的理论研究对以后的太阳能与建筑一体化的相关研究有一定的帮助。 【关键词】：光伏 一体化 太阳能 夹芯板
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU18;TU111
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景9-13
• 1.1.1 国际研究背景9
• 1.1.2 国内的研究背景9-10
• 1.1.3 太阳能夹芯板的相关政策10-13
• 1.2 研究的目标和意义13-14
• 1.3 光伏夹芯板的研究现状14-16
• 1.3.1 国外研究状况14-16
• 1.3.2 国内研究状况16
• 1.4 本课题的主要研究内容16-18
• 第2章 一体化板的设计及论证18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 太阳能电池的工作原理简介18-20
• 2.2.1 半导体18-19
• 2.2.2 P-N 结19-20
• 2.3 四种一体化板的设计20-24
• 2.3.1 第一种结合形式20-21
• 2.3.2 第二种结合形式21-22
• 2.3.3 第三种结合形式22-23
• 2.3.4 第四种结合形式23-24
• 2.4 钢化玻璃的性质24-26
• 2.4.1 钢化玻璃的静力特性24-25
• 2.4.2 钢化玻璃的耐冲击特性25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 一体化板的热学理论分析27-35
• 3.1 引言27
• 3.2 电池板的热学性能分析27-29
• 3.2.1 太阳能电池板的产生的热量计算27
• 3.2.2 温度对太阳能电池的影响27-29
• 3.3 初步确定通风槽中肋的高度29-30
• 3.4 不同肋高的一体化板中的光伏板散热的理论分析30-33
• 3.4.1 自然对流换热系数的计算原理31
• 3.4.2 强迫对流换热系数的计算原理31-32
• 3.4.3 辐射换热系数的计算原理32
• 3.4.4 对流换热系数及电池板温度的理论计算结果32-33
• 3.5 一体化板的隔热性能分析33-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第4 章一体化板的力学性能理论研究35-45
• 4.1 引言35
• 4.2 钢化玻璃板的设计分析35-40
• 4.2.1 夹层玻璃的选用35-36
• 4.2.2 钢化玻璃板强度公式推导36-37
• 4.2.3 钢化玻璃板挠度公式推导37-38
• 4.2.4 钢化玻璃板的规范设计公式38-39
• 4.2.5 太阳能电池板的传统设计方法39-40
• 4.3 用于一体化板的芯材及其性能分析40-41
• 4.4 一体化板的分析及力学模型简化41-44
• 4.4.1 抗弯刚度和应力42-43
• 4.4.2 剪切刚度和应力43-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第5章 有限元分析45-70
• 5.1 引言45
• 5.2 有限元软件原理介绍45-46
• 5.2.1 有限元方法简介45
• 5.2.2 有限元软件ABAQUS 简介45-46
• 5.3 光伏板散热的有限元分析46-52
• 5.3.1 有限元模型建立46-47
• 5.3.2 不同肋高板的散热模拟结果47-51
• 5.3.3 模拟结果与理论计算对比分析及优化51-52
• 5.4 不同的芯材类型及厚度的隔热效果模拟52-60
• 5.4.1 有限元模型的建立52-53
• 5.4.2 3cm 厚不同类型芯材的模拟结果分析53-56
• 5.4.3 5cm 厚不同类型芯材的模拟结果分析56-59
• 5.4.4 与普通夹芯板的隔热效果对比分析59-60
• 5.5 通过稳态模拟计算一体化板的传热系数60-63
• 5.5.1 3cm 厚芯材板的模拟分析结果61-62
• 5.5.2 5cm 厚芯材板的模拟分析结果62-63
• 5.6 一体化板的力学性能模拟63-68
• 5.6.1 力学模型的建立64
• 5.6.2 正常使用状态下力学性能的模拟64-66
• 5.6.3 极限状态下一体化板与普通夹芯板的强度对比66-68
• 5.7 本章小结68-70
• 结论70-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果75-77
• 致谢77

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